1、淺析深井開采礦壓顯現規律及支護方案摘要:隨著我國煤礦開采規模的擴大,開采深度的逐漸增加,深部開采已經成為煤礦生產的必然過程,對當前的煤礦生產和今后礦井建設的影響日趨嚴重。如何面對深部開采的復雜地質條件,及時解決深部開采所涉及的技術性問題,從長遠看,它將對安全、經濟、合理地開發深部煤炭資源有特別重要的戰略意義。文章主要介紹煤礦深井開采礦壓顯現規律和支護技術的研究。深井開采礦壓顯現規律方面詳細地闡述了深井巷道礦壓顯現的特點、深井開采存在的問題以及煤礦深井回采工作面礦壓顯現特點;深井開采支護技術的研究方面詳細闡述了深部開采巷道支護技術和煤礦深井開采問題處理。并對中國的深井開采技術的發展趨勢做出了總結

2、和展望。關鍵詞:深井開采;巷道;礦壓顯現;支護技術1.問題的提出煤炭是目前我國國民經濟賴以生存和發展的最主要能源。煤炭資源從淺部開始開采,隨著煤炭采出,開采煤層的埋藏深度必然要增加,開采規模擴大和機械化水平提高加速了生產礦井向深部發展。我國東部地區經濟發達,能源需求量大,礦井延深速度快,一些國有重點煤礦主要礦區已開始轉向或即將進入深部開采。預計1020年后,開采深度大于700m的礦井將不斷增加。由此可見,深部礦井的開采技術既是當前一些礦井面臨的問題,也是我國煤炭工業長遠發展需要十分重視和研究解決的問題。巷道圍巖變形規律和巷道支護理論是巷道支護選擇與設計的基礎和關鍵之一,主要解答不同類型巷道支護

3、(加固的對象、圍巖穩定條件、支護(加固與圍巖相互作用的機制、各種支護(加固技術優化選擇設計方法等根本性問題,其正確以否和完善以否直接關系到井巷工程的經濟性、可靠性和安全性。長期以來,巷道圍巖變形規律和巷道支護理論一直是巷道支護研究的一個重點。但是,由于巷道巖石經歷了漫長地質變化,結構極為復雜,有關巷道圍巖變形規律和巷道支護理論研究也是一個難點,一直發展比較緩慢,明顯落后于巷道支護技術手段的發展,以致于有人贊嘆上天易,入地難。隨著開采深度的進一步增加,地壓越來越大,巷道支護的難度將進一步增加。因此,面向21世紀的我國煤炭工業必須繼續重視研究和發展新的巷道支護理論和技術。2深部開采礦壓及其控制的研

4、究現狀我國相關部門對煤礦深部開采相當重視,2001年末在北京香山召開了以“深部高應力下的資源開采與地下工程”為主題的香山科學會議第175次學術討論會。許多知名學者提出了對深部開采的觀點:謝和平教授指出,首先表現在深部開采必然誘發出一系列工程災害:巷道變形速度快、巷道圍巖變形范圍大;巷道持續變形、流變成為深部巷道變形的主要特征;采場礦壓顯現劇烈,采場失穩,易發生破壞性的沖擊地壓;金屬礦和煤礦相關的統計資料表明,隨著開采深度的增加,巖爆的發生次數及強度會隨之上升,巷道中巖爆危險性增加;瓦斯高度聚積、誘發嚴重的安全事故;深部開采條件下,巖層溫度將達到攝氏幾十度的高溫,作業環境惡化;礦山深部開采誘發突

5、水的幾率增大,突水事故趨于嚴重;井筒破裂加劇;煤自燃發火、礦井火災及瓦斯爆炸加劇。此外,深部開采對地表環境也往往造成嚴重損害。3煤礦深部開采礦壓顯現及其規律深井巷道礦壓顯現的顯著特點之一是巷道開挖就產生大的收斂變形量。這一特點是由深井巷道圍巖處于破裂狀態和深井巷道圍巖有較大的破裂范圍決定的。前蘇聯的研究表明,隨開采深度加大,巷道變形量呈近似線性關系增大,從600m開始,開采深度每增加100m,巷道頂底板相對移近量平均增加10%11%。理論分析表明,深部開采的巷道變形量隨開采深度增大呈近似直線關系增大,開采深度每增加100m的巷道變形增量與巖體強度有關。4深部開采巷道支護技術隨著礦井開采深度的增

6、加,礦山壓力不斷增大,巷道圍巖所受的壓應力、剪應力超過圍巖的強度極限,使圍巖普遍處于破裂狀態,巷道圍巖的大量變形常常使支護難以承受。因此,提高圍巖強度和自承力、降低巖體應力集中是深井巷道支護技術的中心任務。巷道破壞變形的基本因素:(1隨著礦井開采深度的加大,地壓顯現越加明顯,對巷道的作用力也就越大;(2巷道處在軟巖、破碎斷層帶等不穩定的巖層和煤層中,維護難度大;(3上部開采的預留煤柱和殘采煤柱,在巖(煤層中形成了應力集中。上述情況的存在,都不同程度的影響著巷道的支護狀況。5煤礦深井開采問題處理根據對深井開采礦壓顯現規律及其特點的研究,初步得出了相應有效的處理方法和支護技術。5.1深部地層高應力

7、作用機理圍巖狀態是巷道礦壓控制的基礎,巷道圍巖的破壞范圍是深井巷道圍巖穩定性、變形量大小和支護難易程度的決定因素。巷道圍巖的穩定性除了受圍巖自身力學性質影響外,更主要的是受區域應力場所控制,當作用在圍巖上的應力超過其所能承受的應力強度極限時,圍巖就產生失穩性破壞。巷道圍巖以煤層強度為最低,當外部應力作用超過煤層的屈服極限時,煤層進入塑流狀態,導致兩幫內移和底板臌起。隨著變形量加大,使上覆巖層在兩幫煤體內的支點外移,頂板相對出露面積增大,改變了頂板的應力狀態,使頂板下沉、離層。當頂板下沉量超過該巖層的變形極限時,頂板就開始斷裂破壞,直至冒落。5.2優化巷道布置采準巷道的布置應避開煤柱集中應力、構

8、造集中應力、采動應力的影響,選擇在巖性較為穩定的巖石中。深部采區主要準備巷道應以巖巷為主或至少布置一條巖巷。隨著深度的增加,回采工作面推進后煤體塑性區增加,致使區段煤柱留設寬度隨之增加,為保證采區回收率,減少巷道維護,工作面回風(運輸平巷宜采用無煤柱護巷的形式。巷道施工在遇到以壓應力為主的褶曲、逆斷層時,巷道方向盡量與褶曲軸或斷層走向垂直或斜交;在遇到以拉應力為主的正斷層時,巷道方向則與斷層走向一致或斜交,從而達到減小礦壓顯現的目的?；夭上锏啦贾玫姆轿粦构ぷ髅骐x開斷層推進,使采區一翼內工作面同向推進。避免巷道相向掘進和巷道近距離平行布置,減少相交巷道(或避開銳角,從而減小應力集中,減少發生沖

9、擊地壓的危險性。5.3改革巷道支護形式對國內外大量深井開采礦井的研究表明,布置在中硬以下巖層中的巷道變形破壞嚴重(特別是受采動影響后,當采深在8001000m以上時,在中硬及中硬以上巖層內布置的巷道,若采用傳統的支護方式,巷道維護仍很困難。因此,深井中,除要求合理布置巷道位置外,還應根據深井礦壓特點,巷道支護必須滿足既能加固圍巖又能提供較大的支護力、具有較大的可縮性和一定的初撐力等要求,根據圍巖狀況和巷道條件,采用不同的支護形式。目前,深井巷道應采用的主要支護及控制措施有以下幾方面。(1在采準巷道中發展多種形式的U鋼可縮性支架,是解決圍巖高應力、大變形的有效支護形式。提高支架架設質量,加強壁后充填,改善支架受力狀況。(2發展以錨桿為主體的新型支護,即錨噴支護、錨梁網組合支護、 錨桿與 可縮性支架聯合支護以及可縮性錨桿等。 合理選擇支護形式和參數， 加強質量管 理，完善檢測手段等是錨桿支護應用的重要問題。 (3 針對采準巷道不同時期， 采動影響引起的不同圍巖移動特征， 采用改變 巷道支護方式、 調節巷道支護強度的非等強多次支護工藝， 對改善深井巷道的技 術經濟效益有重要意義。 (4 錨噴網聯合支護在服務年限長， 圍巖較穩定的深井巷道中廣泛應用， 這 一支護形式能充分發揮圍巖自承能力， 防止水及空氣對圍巖的風 化作用。 6 深部礦井開采技術